4/2/2017

1

REAKTOR BIOGAS SKALA KECIL

(Rumah Tangga dan Semi-Komunal)

Dr. Budhijanto Pusat Inovasi Agro Teknologi

Universitas Gadjah Mada

OUTLINE Prinsip dasar produksi biogas Berbagai tipe reaktor - Reaktor yang

memerlukan tukang profesional

- Reaktor yang bisa dibuat sendiri

Pemanfaatan dan sisten distribusi biogas Hasil samping: pupuk organik Masalah yang sering dihadapi

4/2/2017

2

PRINSIP DASAR PROSES DAN KALKULASI SEDERHANA VOLUM REAKTOR

Prinsip Dasar Produksi Biogas Bahan organik bisa dikonversi menjadi biogas dengan proses yang disebut ANAEROBIC DIGESTION Anaerobic digestion adalah proses peruraian oleh mikroorganisme/bakteri dengan syarat tidak ada oksigen sama sekali. Bakteri yang digunakan adalah bakteri yang sudah ada di lingkungan kita (tidak perlu membeli). Bakteri ini tidak menyebabkan penyakit (bersifat non-patogenik) Skema proses yang terjadi digambarkan pada diagram di sebelah kanan.

4/2/2017

3

Syarat Keberhasilan Produksi Biogas

• Rutin memasukkan bahan baku (umpan) sebagai “makanan” bakteri pengurai

• Cukup air – contohnya, untuk kotoran sapi biasanya volum kotoran sapi dan air adalah berkisar 1:1 sampai 1:2

• Umpan reaktor tidak mengandung racun (misalnya sabun, cairan disinfektan, pestisida)

INGAT !!! ADA MAKHLUK HIDUP DI DALAM REAKTOR

Kalkulasi Sederhana Kebutuhan Volum Reaktor

• Rule of thumb untuk bahan baku kotoran sapi:

1. Satu ekor sapi dewasa

menghasilkan 15 kg kotoran padat/hari

2. Jumlah air 2 kali lipat jumlah kotoran sapi

3. Waktu tinggal optimal dalam reaktor biogas 30 hari

4. 1 m3 volum reaktor menghasilkan kurang lebih 0,6 m3 biogas/hari

5. Nilai kalor 1 m3 biogas (1 atm, suhu 25oC) setara dengan 0,2 liter LPG (cair) atau 0,3 liter solar.

• Contoh perhitungan: Jumlah sapi = 5 ekor Estimasi jumlah kotoran sapi = 75 kg/hari Jumlah umpan reaktor (dengan air) = 150 kg/hari (kurang lebih 150 liter/hari) Estimasi kebutuhan volum reaktor = 30 hari x 150 liter/hari = 4,5 m3

Jadi jika diinginkan seluruh kotoran sapi diolah menjadi biogas, diperlukan minimal reaktor dengan volum 4,5 m3

Estimasi produksi biogas = 0,6 x 4,5 m3

= 2,7 m3/hari (setara dengan kurang lebih 1 liter solar per hari)

4/2/2017

4

BERBAGAI TIPE REAKTOR BIOGAS

Tipe Reaktor Biogas

Tipe VERTIKAL (Dome) Tipe HORIZONTAL (Pipa)

Untuk kapasitas kecil (misalnya hanya ada 1 ekor sapi), tipe horisontal lebih menguntungkan karena lebih mudah dibuat. Untuk skala besar, konstruksi tipe horisontal menjadi lebih sulit.

4/2/2017

5

Reaktor Tipe Vertikal (Dome)

Pembuatan Reaktor dengan Pasangan Bata

Tanah digali dengan kedalaman kurang lebih 1.5-2 meter, kemudian dipasang dinding bata dan diaci agar kedap air dan kedap udara

Dibuat tutup berupa fixed dome (bisa diganti dengan floating dome juga)

Dibuat bak inlet dan outlet

Pekerjaan memerlukan keterampilan khusus, sebaiknya menggunakan tukang profesional

4/2/2017

6

Alternatif Reaktor: Ready-to-Use dari Bahan Fiber

Reaktor Tipe Horisontal (Dianggap Bentuk Pipa)

• Hanya untuk skala mini (kurang dari 5 m3).

• Cocok untuk instalasi individual (hanya untuk keperluan 1 rumah tangga).

• Bisa digunakan untuk hewan ternak kecil (misalnya kambing) dan unggas.

4/2/2017

7

Contoh Reaktor Balon (Rancangan KKN Banjarnegara 2016)

Realisasi Reaktor Balon (bisa dibuat sendiri)

Pembuatan fondasi Pembuatan bak pelindung

Instalasi yang sudah lengkap: Reaktor balon dalam bak, dilengkapi gas holder double- drum

Reaktor balon dibuat dari plastik silinder besar (bisa dibeli di toko plastik besar), dengan dua lapis plastik agar lebih kuat, ujung-ujung diikatkan ke pipa paralon.

4/2/2017

8

Pembuatan Reaktor Balon

Ujung dilekatkan pada pipa Perlu uji kebocoran dengan

udara tekan sebelum diisi umpan

Variasi Lain Reaktor Pipa

PVC 12 in (rancangan Dr. Chandra W. Purnomo – DTK UGM)

Buis Beton 80 cm (rancangan Dr. Wiratni – DTK UGM)

4/2/2017

9

Saran Pemilihan Tipe Reaktor

Tipe Vertikal/Dome • Untuk kapasitas besar (volume

minimal 5 m3), sebaiknya gunakan tukang profesional yang sudah terbiasa membuat reaktor biogas.

• Jika kapasitas kurang dari maka konstruksi pasangan bata akan sulit sehingga malah akan mahal.

• Jika ingin menggunakan tipe dome dengan ukuran kecil, disarankan menggunakan fiber (order ke perusahaan profesional).

Tipe Horisontal/Pipa

• Hanya untuk skala kecil (volume lebih kecil daripada 5 m3), biasanya hanya untuk percontohan.

• Bisa dibuat sendiri dengan plastik.

• Alternatifnya bisa menggunakan buis beton (sebaiknya menggunakan tukang profesional).

Gas Holder

• Reaktor yang kapasitasnya kurang dari 5 m3, memerlukan penyimpan gas eksternal yang disebut GAS HOLDER.

• Gas holder diperlukan karena ruang kosong di reaktor tidak cukup besar untuk menyimpan biogas.

• Tanpa gas holder pada reaktor kecil, biasanya kompor akan sering mati.

• Gas holder bisa dibuat secara sederhana dengan plastik atau drum bolak-balik dengan isian air (lihat gambar di samping)

Plastik silinder

Double drum

Cetakan fiber

4/2/2017

10

PEMANFAATAN BIOGAS DAN SISTEM DISTRIBUSI

Pemanfaatan “Tradisional”

• Sebagai bahan bakar kompor

• Sebagai bahan bakar lampu biogas

4/2/2017

11

Konteks Modern Biogas

Substitusi bahan bakar mesin (dengan modifikasi sistem injeksi bahan bakar):

1. Generator listrik

2. Mesin-mesin peternakan (alat cacah pakan dll.)

3. Pemanas air

Kemungkinan Distribusi Biogas

• Pertanyaan yang sangat sering muncul: APAKAH BIOGAS BISA DISIMPAN DALAM TABUNG GAS (SEPERTI ELPIJI)?

• Jawaban sederhana: 1. Biogas tidak bisa dicairkan seperti

elpiji pada kondisi tekanan dan suhu yang wajar.

2. Tidak efisien mendistribusikan biogas (atau yang sudah dimurnikan sebagai metana sekalipun) dalam tabung.

3. Apalagi jika reaktor biogas hanya skala kecil, maka penyimpanan dalam tabung TIDAK EKONOMIS (bahkan sampai 50 m3 masih dianggap kecil dalam konteks penabungan biogas).

4. Aspek safety kompresi gas yang mudah meledak seperti biogas, tidak bisa dilakukan oleh sembarang orang tanpa latar belakang teknis yang memadai

4/2/2017

12

Sistem Distribusi Biogas dengan Pemipaan

• Jika dibuat reaktor biogas semi komunal untuk rumah-rumah yang berdekatan, dimungkinkan mendistribusikan biogas dengan pipa.

• Pada radius kurang lebih 20 meter, tidak diperlukan blower.

• Jika diinginkan distribusi lebih jauh, perlu bantuan blower.

1. Ideal: reaktor adalah titik PALING RENDAH

2. Jika reaktor tidak bisa menjadi titik yang paling rendah, buat percabangan sebagai PERANGKAP AIR, secara berkala kran dibuka untuk mengeluarkan air

3. Pilihan pipa yang biasa digunakan: PVC ½ in

MASALAH YANG SERING DIJUMPAI DALAM JARINGAN PEMIPAAN BIOGAS: Pipa TERISI AIR yang mengembun sehingga menyumbat airan biogas

PERANCANGAN JARINGAN PEMIPAAN JARAK DEKAT

4/2/2017

13

Saran pemipaan

• Jangan terlalu banyak belokan

• Jangan dipendam karena cenderung lebih banyak embunan dan sulit mengeluarkan air

• Jangan pakai selang transparan karena akan timbul lapisan semacam lumut yang makin tebal

• Jarak ideal: kurang dari 20 m

• Tes kebocoran secara berkala

Untuk pemipaan jauh

• Dengan bantuan blower

• Contoh: instalasi penangkapan biogas di TPA Segawe Tulungagung (milik Dinas PU Tulungagung), bisa menyalurkan landfill gas sampai ke rumah-rumah penduduk pada radius 100 meter.

4/2/2017

14

HASIL SAMPING BERUPA PUPUK

Reaktor Biogas untuk Kawasan Industri Kecil Tanpa Limbah

Contoh skenario di desa peternak susu perah: - Kotoran sapi dijadikan biogas - Biogas digunakan untuk industri derivatif susu - Slurry keluar reaktor biogas untuk pupuk pertanian organik

4/2/2017

15

Konsep bisnis pupuk modern: organik dan lokal

• Pupuk yang campurannya disesuaikan dengan kondisi tanah dan jenis tanaman pada daerah tertentu

• Lumpur dari reaktor biogas menguntungkan karena bentuknya sudah halus, mudah dicampur, dan mudah digranulkan

Contoh: Pupuk Granul Triple S (Site Specific and Slow-released)

dari slurry outlet reaktor biogas

A C D E F B

A. 0 % pupuk Triple-S dari lumpur biogas + 100 % pupuk NPK

B. 25 % pupuk Triple-S dari lumpur biogas + 75 % pupuk NPK

C. 50 % pupuk Triple-S dari lumpur biogas + 50 % pupuk NPK

D. 75 % pupuk Triple-S dari lumpur biogas + 25 % pupuk NPK

E. 100 % pupuk Triple-S dari lumpur biogas + 0 % pupuk NPK

F. Kontrol

Pertumbuhan Tanaman Jagung di Tanah Pasiran

4/2/2017

16

MASALAH YANG SERING DIHADAPI

Tanda-tanda Reaktor yang “sehat”

Gelembung pada lumpur

Outlet kental Tekanan stabil

4/2/2017

17

Perawatan reaktor

• Masalah yang sering dihadapi:

1. Produksi biogas menurun

2. Pembakaran kurang bagus (kurang panas, dll.)

3. Timbulnya karat pada peralatan

Penurunan produksi biogas

• Bisa diamati pada alat ukur tekanan biogas

• Jika terjadi penurunan tekanan, ada beberapa kemungkinan:

a. Pengisian tidak teratur

b. Campuran isian tidak tepat

c. Saluran bocor

4/2/2017

18

Campuran isian yang baik

• Tidak tercampur bahan serat/keras

• 1 bagian kotoran sapi dicampur dengan 1-2 bagian air

• Tidak tercampur bahan kimia (misalnya air bekas deterjen, sabun, cairan pembersih, dll.)

Upaya meningkatkan produksi biogas

• Memperhatikan persyaratan pengisian: kotoran sapi tidak tercampur bahan keras, jumlah air ideal, tidak tercampur bahan kimia

• Mengisi dengan teratur, contoh:

Ukuran 15 m3: pengisian dengan kotoran dari 10 ekor sapi (150 kg kotoran/hari + 150-300 liter air)

4/2/2017

19

Pembakaran kurang bagus

• Sering ada keluhan bahwa api biogas “kurang panas”

• Penyebab: banyak “pengotor” dalam biogas

• Pencegahan: kontrol jumlah air terikut umpan masuk ke reaktor

Penyebab terlalu banyak air

• Air pencucian kandang masuk ke reaktor: biasanya menjadi terlalu banyak air jika tidak semua kotoran sapi masuk ke reaktor

• Air hujan masuk ke reaktor

• Reaktor rembes sehingga air masuk dari tanah sekitarnya

4/2/2017

20

Contoh kurang hati-hati

Inlet tidak ditutup, mudah kemasukan Air dan barang-barang yang bisa menyumbat

MARI BERSINERGI DALAM

INOVASI UNTUK NEGERI